南黄海自生黄铁矿成因及其环境指示意义

样品为１９８９年采自南黄海，利用显微镜，电子显微镜，电子探针和化学分析方法，对自生黄铁矿的形态，成份和同位素特征进行研究，在此基础上就其成因与形成环境的关系进行初步探讨。研究结果表明，自生黄铁矿集合体形态可以分为聚莓，单莓和细粒３种，霉体特征的形态是早期成岩作用阶段沉积物随机堆积的结果，可以作了沉积成因黄铁矿的形态标型黄铁矿微量成份特征显示其沉积成因，同时亦表现对泥质沉积物地球化学背景值的继承性，     

南海神狐海域自生黄铁矿分布、形貌特征及其对甲烷渗漏的指示

自生黄铁矿是渗漏甲烷发生甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用的产物之一,是海底甲烷渗漏活动的有效示踪剂。南海神狐海域是我国天然气水合物研究的重点区域,对神狐海域柱状沉积物中自生黄铁矿含量、分布、形貌等特征进行研究,结果发现自生黄铁矿的含量随深度增加而递增,存在两个异常富集峰段：在第一个黄铁矿富集峰段,黄铁矿以长条状为主,外形较粗,微晶形态以草莓状黄铁矿为主,且粒径均一;在第二个峰段主要以细长的条状黄铁矿为主,由带外壳结构的草莓球颗粒组成,晶粒大小不一,存在二次生长现象。另外还发现胶黄铁矿与自生黄铁矿共生。这些特征反映神狐海域沉积物中存在多期次的甲烷渗漏事件,高通量的甲烷渗漏发生在较浅的层位,可能发生甲烷的有氧氧化而变成缺氧环境,有利于黄铁矿富集在第一个峰段;较低的甲烷渗漏发生在较深的层位,甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用而形成大量的黄铁矿保存在第二个峰段。因此,神狐海域沉积物中自生黄铁矿的异常富集可以作为地质历史时期甲烷渗漏通量和期次的指示矿物之一。     

黄海自生黄铁矿的初步研究

沉积盆地内形成的自生矿物,如黄铁矿、海绿石、菱铁矿等是在特定环境下形成的。研究它们的形态、成分、结构及构造,对于了解成岩作用早期的环境及变化,具有指相意义。在现代沉积物中,自生黄铁矿是最常见的矿物之一。人们对它的研究也比较早,研究的中心问题,集中于成因上。已有细菌化石说、胶体成因说和无机成因说。近     

南海西沙海槽的碳酸盐结壳及其对甲烷冷泉活动的指示意义

冷泉碳酸盐岩是指示南海北部可能发育天然气水合物的重要证据之一。对在西沙海槽采集到的冷泉碳酸盐结壳颗粒进行了形貌、稳定同位素等的研究,讨论和揭示了冷泉碳酸盐结壳的形成机理及其与甲烷冷泉活动的关系。结果表明,碳酸盐结壳具有多孔结构,冷泉矿物为文石和重晶石,文石呈针状,含量为39.5%—46.6%,重晶石呈矮柱状,含量为15.6%—21.2%,它们均是从流体中沉淀出来的。重晶石的δ34S值为23.47‰—26.32‰,表明硫同位素发生正漂移,属于与冷泉流体有关的成岩成因重晶石。文石的碳同位素轻度亏损,δ13C值为-13.30‰—-29.59‰,主要来源于热解成因气,但结合了少量正常海水的溶解碳,δ18O值为2.32‰—3.74‰,指示碳酸盐结壳形成时的温度为3.5—9.7℃。研究表明,碳酸盐结壳形成于流体活动缓慢的环境,是深部富含Ba2 的甲烷冷泉流体向上排放和喷溢,在近海底遇到向下渗漏的富含SO42-海水,发生缺氧甲烷氧化反应沉淀出文石,流体中剩余的重34S的SO42-与Ba2 形成重晶石,因此,碳酸盐结壳是西沙海槽存在甲烷冷泉活动的证据。研究结果为进一步开展该海域潜在天然气水合物的调查和研究提供了新证据。     

冷泉环境自生矿物多硫同位素特征及应用

正常海相沉积物中普遍存在有机质硫酸盐还原作用(OSR),但在冷泉区,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化作用(SR-AOM)则占据主导地位。如何区分这两种硫酸盐还原途径,对研究极端环境下的生物地球化学过程具有重要意义。为进一步概括、了解冷泉区与SR-AOM相关的自生矿物的多硫同位素特征及其建模应用,在广泛调研国内外与SR-AOM相关的多硫同位素研究成果的基础上,综述了SR-AOM成因的黄铁矿和冷泉重晶石的多硫同位素特征。在此基础上,分别针对黄铁矿和冷泉重晶石概括已被广泛应用的稳定状态盒模型和1-D反应转移模型。SR-AOM成因的黄铁矿相比OSR成因的黄铁矿具有更高的δ34S值和Δ33S值。同时,SR-AOM成因的黄铁矿的δ34S值和Δ33S值呈负相关性,不同于OSR的正相关性。此外,冷泉重晶石的负Δ33S-δ’34S相关性与受OSR控制的孔隙水硫酸盐的正相关性亦明显不同。在冷泉环境中,与SR-AOM相关的自生矿物多硫同位素特征能有效示踪该极端条件下硫同位素的演化,且有利于区分SR-AOM和OSR,这为研究极端环境下的生物地球化学过程和示踪潜在的天然气水合物矿藏提供了有效依据。     

南海东北部陆坡结核成因及对冷泉活动的指示

本文对2018年利用“海龙Ⅲ”ROV在南海东北部陆坡采集到的多金属结核样品进行了矿物学和地球化学分析。结果表明研究区结核以棒状为主,具有2层结构。结核外层的矿物学和元素组成特征与水成型多金属结核较为相似。结核内层多发育孔洞,以针铁矿为主,有黄铁矿残余,Fe、As元素含量高,Mn、REE等元素含量低。NH-2结核样品内部的碳酸盐组分的全岩δ¹³C为-30.91‰。所研究结核样品的早期形成过程与冷泉活动密切相关,结核生长后期冷泉活动停止或是减弱,在等深流作用下结核黄铁矿被氧化成针铁矿,之后锰铁氧化物继续在结核外部生长。     

东海DGKS9617岩心重矿物及自生黄铁矿记录

对东海DGKS9617岩心重矿物进行了详细研究.结果表明闪石类、帘石类、片状矿物、自生黄铁矿和金属矿物为优势重矿物.根据重矿物的稳定性,将该岩心的重矿物划分为4种组合类型,并在极稳定矿物组合、自生黄铁矿和榍石含量的时间序列分析基础上,将岩心自下而上划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个重矿物韵律层,各韵律层的优势矿物和特征矿物存在着明显的差异.根据矿物韵律曲线的变化与孢粉组合及竺可桢温度曲线的对比可推断出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ层的底部年龄分别为6 000、5 000、2 800和1 300 aBP左右,各韵律层平均沉积速率分别为0.1、0.11、0.27和0.08 cm/a.自生黄铁矿含量变化指示出在2 900～1 800 aBP和1 300～850 aBP存在两个快速沉积期,其平均沉积速率分别约为0.14和0.13 cm/a,反映了当时河流物质输入量增大,为温暖湿润的气候期.     

南海冷泉分布特征及油气地质意义

在系统收集和分析南海海底冷泉资料基础上, 应用浅剖和多波束水体影像技术识别海底冷泉,结合地质条件综合研究南海冷泉分布特征,进而分析探讨其油气地质意义。研究结果表明,南海冷泉分布广泛,神狐、东沙西南部、东沙东北部、琼东南、西沙海槽、南沙南部和越南沿岸等海域均发现冷泉, 冷泉分布水深为200～3 000 m。海底冷泉与深部油气乃至浅层天然气水合物资源有着密切的成因联系。冷泉及其伴生物(冷泉碳酸盐岩)的探测与识别对海洋油气勘探,尤其是天然气水合物勘查的指示作用明显。浅剖和多波束水体影像技术不仅可以探测和识别冷泉, 而且两者结合可实现低成本、高效率的海底地质异常体(冷泉碳酸盐岩、泥底辟及气烟囱等)的声学异常探测, 极大地提高了海洋油气勘探及天然气水合物勘查的成功率。     

冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物

在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。     

南海东北部GMGS2-16站位自生矿物特征及对水合物藏演化的指示意义

硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)是海洋富甲烷沉积环境中重要的生物地球化学分带,其内发生的甲烷厌氧氧化反应(AOM)通常能影响多种自生矿物(碳酸盐类、黄铁矿、重晶石和石膏等)的形成过程。本文选取南海东北部天然气水合物赋存区GMGS2-16站位的58个沉积物样品,对其中发育的自生矿物进行了类型、含量、分布、显微形貌和稳定同位素研究。GMGS2-16站位岩心沉积物中主要发育碳酸盐类、黄铁矿和石膏3类自生矿物,亦发现单质硫颗粒的存在。自生矿物含量分布变化较大,存在多个富集层位。自生碳酸盐类均为块状,具极负的δ~(13 )C值(-37.3‰~-51.7‰VPDB)和较重的δ~(18 )O值(3.13‰~4.95‰VPDB),指示其为甲烷碳源,即AOM成因。自生黄铁矿主要呈不规则块状、棒状-管状和生物充填状,δ~(34 )S值变化范围为-41.7‰~27.1‰VCDT,其中δ~(34)S值异常正偏很可能与大量甲烷流体上涌至SMTZ内加强AOM反应有关。多层AOM成因的自生碳酸盐类与δ~(34)S值异常的自生黄铁矿产出层位基本吻合,共同指示了研究站位曾发生过多期次甲烷渗漏事件,可能与研究站位天然气水合物藏失稳存在一定联系。自生石膏主要呈棱柱状和透镜状,偶见黄铁矿-石膏共生体,初步推测自生石膏可能与水合物形成过程中的排离子效应和(或)沉积环境氧化还原条件改变导致的黄铁矿氧化有关。因此,海洋沉积物中碳酸盐类-黄铁矿-石膏自生矿物组合对探讨古海洋甲烷渗漏事件和天然气水合物藏的演化具有重要指示意义。     

东太平洋铁锰结核的Sr-Nd同位素体系及其对成矿环境的指示意义

对东太平洋1枚水成结核和2枚成岩－水成混成结核共25个微层样品进行了同位素质谱分析和等离子光谱分析，取得了结核壳层的^87Sr/^86Sr、^143Nd/^144Nd比值以及Mn,Fe,Ti,Al、稀土元素等含量，以此为基础探讨了不同类型结核中Sr-Nd同位素特征及地质意义。在水成结核A99中^87Sr/^86Sr比值与εNd值呈弱正相关，在成岩－水成混成结核5737G和5739G中^87Sr/^86Sr比值与εNd值呈负相关。^87Sr/^86Sr比值与εNd值在A99结核剖面中的分布反应了东太平洋10Ma（晚中新世）以来海水受到了强→弱→强的火山作用影响；^87Sr/^86Sr比值与εNd在5739G结核剖面中的变化表明成岩作用结核的生长起了重要的作用；而5737G结核剖面中的变化则反应了火山作用对结核的成长起了较大作用 。同时所有类型结核的初始壳层都具有较高的εNd值，表明火山作用突然加强可能是结核生长的一个重要驱动机制。     

南沙海槽表层沉积自生石膏-黄铁矿组合的成因及其对天然气渗漏的指示意义

南海海槽是潜在的天然气水合物发育区,在表层沉积物中分布有石膏-黄铁矿组合。通过对石膏、黄铁矿的形貌特征、矿物组成、化学元素、硫同位素等的分析,讨论和揭示了石膏-黄铁矿组合的成岩环境、形成机理及其与天然气渗漏的关系。石膏集合体为土块状和多孔状、玫瑰状,表面分布有孔洞或微孔,黄铁矿为莓球状、球粒结块状和虫管状。不同形状的石膏、黄铁矿的化学成分没有明显差别。石膏-黄铁矿的形成机理是海底渗漏的天然气与硫酸盐发生缺氧甲烷氧化反应,产物HS^-与沉积物中的Fe^2＋反应产生FeS并转变为黄铁矿,在形成FeS的过程中产生的H^＋促进碳酸盐溶解,Ca^2＋与SO4^2-达到过饱和沉淀出重。^34S的石膏。因此,石膏-黄铁矿组合是海底存在天然气渗漏的证据,这一发现对开展南沙海槽潜在天然气水舍物的调查以及对天然气渗漏事件的研究具有一定的科学意义。     

东沙西南海域表层底栖有孔虫碳同位素对冷泉活动的指示

底栖有孔虫碳同位素负偏记录是冷泉活动的重要指标之一。对南海北部东沙西南海域4个含碳酸盐结核的表层沉积物样品中的6种底栖有孔虫进行了氧碳同位素分析,结果表明,表生属种Discanomalina semiungulata、Cibicides wullerstorfi、Cibicides pseudoungerianus、Cibicides lobatulus的碳同位素,相对同水深南海现代表生底栖有孔虫有明显的负偏记录,尤其是表生种D.semiungulata基本都偏负;内生种Lenticulina orbicularis也有部分负偏,而Uvigerina auberiana的碳同位素则明显偏正;几种底栖有孔虫的碳同位素波动幅度都明显较大,明显超出了南海最近两个冰期-间冰期旋回中碳同位素的变化幅度。其中生活在蠕虫管壁上的活体底栖有孔虫D.semiungulata和C.lobatulus的同位素都呈明显的负偏,认为该区底栖有孔虫碳同位素这种负偏和波动幅度大可能是由于冷泉活动造成的。活体底栖有孔虫碳同位素负偏表明该区可能存在有正在活动的冷泉,其中表生种D.semiungulata的大量出现可以作为南海冷泉活动的一个潜在指示标志。     

南海东北部冷泉区沉积物中有机质来源的生物标志物分析与环境指示意义

Multi-biomarker indexes were analyzed for two piston cores from potential cold seep areas of the South China Sea off southwestern Taiwan. Total organic carbon(TOC) normalized terrestrial(n-alkanes) and marine(brassicasterol, dinosterol, alkenones and iso-GDGTs) biomarker contents and ratios(TMBR, 1/Pmar-aq, BIT) were used to evaluate the contributions of terrestrial and marine organic matter(TOM and MOM respectively) to the sedimentary organic matter, indicating that MOM dominated the organic sources in Core MD052911 and the sedimentary organic matter in Core ORI-_(86)0-22 was mainly derived from terrestrial inputs, and different morphologies were the likely reason for TOM percentage differences. BIT results suggested that river-transported terrestrial soil organic matter was not a major source of TOM of sedimentary organic matter around these settings.Diagnostic biomarkers for methane-oxidizing archaea(MOA) were only detected in one sample at 172 cm depth of Core ORI-_(86)0-22, with abnormally high iso-GDGTs content and Methane Index(MI) value(0.94). These results indicated high anaerobic oxidation of methane(AOM) activities at or around 172 cm in Core ORI-_(86)0-22.However in Core MD052911, MOA biomarkers were not detected and MI values were lower(0.19–0.38), indicated insignificant contributions of iso-GDGTs from methanotrophic archaea and the absence of significant AOM activities. Biomarker results thus indicated that the discontinuous upward methane seepage and insufficient methane flux could not induce high AOM activities in our sampling sites. In addition, the different patterns of TEX_(86) and U_(37)~(K′) temperature in two cores suggested that AOM activities affected TEX_(86)37 temperature estimates with lower values in Core ORI-_(86)0-22, but not significantly on TEX_(86) temperature estimates in Core MD052911.     

南黄海沉积物中自生黄铁矿的形态标型研究

得１９８９年采于南黄海的样品，通过实体显微镜、反应显微镜和电子显微镜对自生黄铁矿的集合体形和晶体形态进行研究，结合前人成果，对现代海底沉积物中自生黄铁矿集合体进行形态分类和成因－形态分类，在此基础上讨论其特征形态的成因及标型意义。研究表明，自生黄铁矿集合体形态可以分为聚莓、单莓和细粒３种，其中前二者可作为沉积物中自生黄铁矿和层控或沉积成因矿床黄铁矿集合体形态标型；成因－形态分类将黄铁矿集合体分为两     

南海北部冷泉碳酸盐岩中钙质生物壳体和自生碳酸盐矿物的Mg/Ca、Sr/Ca及其环境指示

南海北部冷泉碳酸盐岩具有包裹结构和孔洞结构,并且含有丰富的生物遗迹。利用电子探针对位于不同结构单元(包裹结构和基质)的自生碳酸盐矿物和钙质生物壳体进行了Mg/Ca和Sr/Ca分析,结果显示:自生碳酸盐矿物Mg/Ca变化范围为0.50~39.19mmol/mol,平均为12.50mmol/mol,Sr/Ca变化范围为0.06~2.90mmol/mol,平均为0.53mmol/mol;钙质生物壳体Mg/Ca变化范围为1.14~84.57mmol/mol,平均为24.57mmol/mol,Sr/Ca变化范围为0.77~1.84mmol/mol,平均为1.08mmol/mol。Mg/Ca和Sr/Ca的关系显示自生碳酸盐矿物均具有低到中等的Mg/Ca、低Sr/Ca的特征,没有明显分组现象;但是钙质生物壳体却根据其在岩石中的结构位置呈现明显的分组现象,基质钙质生物壳体具有高Mg/Ca、中等Sr/Ca的特征,包裹的钙质生物壳体具有低Mg/Ca、中等Sr/Ca的特征。根据碳酸盐矿物和钙质生物壳体的Mg/Ca特征,认为基质钙质生物壳体是在甲烷渗漏环境下钙化的,无机碳酸盐矿物的出现影响了其Mg/Ca;而包裹的钙质生物壳体是在非甲烷渗漏环境下钙化的,由于生物扰动、灌洗等作用以包裹团块的形式保存在碳酸盐岩中。依据Sr/Ca在成岩过程中的变化特点推测最初形成的基质钙质生物壳体可能具有较现在高的Sr/Ca。研究结果在甲烷渗漏信息地球化学指标提取方面具有一定意义。     

南黄海中部H-106柱状沉积物中自生黄铁矿的研究

自生黄铁矿是现代海洋沉积物中分布较广、含量较高的自生矿物之一。我国广阔的大陆架海域以及边缘海区(冲绳海槽)的现代和近代沉积物中都发现有黄铁矿,其中以南黄海盆地较为典型。H-106孔位于南黄海中部略偏西北(123°0''E,35°3''N),水深70m,岩芯长607cm,孔中黄铁矿含量较高。 研究现代和近代柱状沉积物中自生黄铁矿的结构、构造、矿物化学特征以及硫同位素组成及其与沉积环境和地球化学等因素的关系,对于了解沉积物早期成岩作用,认识沉积环境变迁和探讨黄铁矿成因都具有理论和实际意义,因此,早已引起国内、外学者的重视。国外具有代表性的学者Love(1957;1964)和 Berner(1969;1970)等分别从50年代和60年代末就开始了黄铁矿的研究工作。他们从不同角度、用不同方法对古地层和现代海洋沉积物中的黄铁矿进行了研究。随着我国海洋调査研究的深入,近年来国内学者也相继开展了这方面的工作(陈庆,1981;王琦等,1981)。然而以往国内、外的学者大都从形态、矿物和沉积化学的角度去研究黄铁矿,对现代自生黄铁矿单矿物的硫同位素组成涉及甚少。现代海洋硫同位素研究也仅限于沉积物与海水的范围,然而沉积物和海水的成分均很复杂,影响因素众多,不能反映黄铁矿的硫同位素组成。本文拟通过黄铁矿的硫同位素特征和黄铁矿集合体的结构、构造和矿物化学成分等矿物学特征,并结合沉积物成分与地球化学参数来探讨黄铁矿的形成环境与成因。     

南海神狐海域沉积物自生黄铁矿和石膏S同位素特征及对甲烷渗漏强度的示踪

The northern slope of the South China Sea is a gas-hydrate-bearing region related to a high deposition rate of organic-rich sediments co-occurring with intense methanogenesis in subseafloor environments.Anaerobic oxidation of methane(AOM) coupled with bacterial sulfate reduction results in the precipitation of solid phase minerals in seepage sediment,including pyrite and gypsum.Abundant aggregates of pyrites and gypsums are observed between the depth of 667 and 850 cm below the seafloor(cmbsf) in the entire core sediment of HS328 from the northern South China Sea.Most pyrites are tubes consisting of framboidal cores and outer crusts.Gypsum aggregates occur as rosettes and spheroids consisting of plates.Some of them grow over pyrite,indicating that gypsum precipitation postdates pyrite formation.The sulfur isotopic values(δ~(34) S) of pyrite vary greatly(from –46.6‰ to –12.3‰ V-CDT) and increase with depth.Thus,the pyrite in the shallow sediments resulted from organoclastic sulfate reduction(OSR) and is influenced by AOM with depth.The relative high abundance and δ~(34) S values of pyrite in sediments at depths from 580 to 810 cmbsf indicate that this interval is the location of a paleo-sulfate methane transition zone(SMTZ).The sulfur isotopic composition of gypsum(from–25‰ to –20.7‰) is much lower than that of the seawater sulfate,indicating the existence of a 34 S-depletion source of sulfur species that most likely are products of the oxidation of pyrites formed in OSR.Pyrite oxidation is controlled by ambient electron acceptors such as MnO_2,iron(Ⅲ) and oxygen driven by the SMTZ location shift to great depths.The δ~(34) S values of gypsum at greater depth are lower than those of the associated pyrite,revealing downward diffusion of 34 S-depleted sulfate from the mixture of oxidation of pyrite derived by OSR and the seawater sulfate.These sulfates also lead to an increase of calcium ions from the dissolution of calcium carbonate mineral,which will be favor to the formation of gypsum.Overall,the mineralogy and sulfur isotopic composition of the pyrite and gypsum suggest variable redox conditions caused by reduced seepage intensities,and the pyrite and gypsum can be a recorder of the intensity evolution of methane seepage.     

有孔虫对海洋环境污染的生态指示意义

有孔虫对生存环境具较高敏感性,能快速对环境变化作出反应,逐渐被作为一种环境污染的生物指示器.最近几十年,在许多受工业、农业、生活污水及其他各类化学物质污染的区域都开展了有孔虫与环境变化关系的研究.在污染条件下,有孔虫种群规模缩小、种群数量减少,个体发生形态畸变,一些敏感性属种迅速减少,甚至消失.虽然有孔虫也可能产生抗性...     

水合物和冷泉的地质微生物和生物地球化学特征

这个专题研究是在2001年美国加利福尼亚旧金山由美国地质协会召开的秋季会议上提出的。研究目的是总结所有扩展研究区内水合物和冷泉的地质微生物和生物地球化学特征。围绕这个问题，笔者结合了最新的研究资料；因此，文中大部分内容之前还未出版过，同时也介绍了一些新项目的开展情况。